論煤改電工程中差別化測量的配置優化

王磊

（北京京電電力工程設計有限公司，北京 100070）

為了減少冬季燃煤污染，改善空氣質量，北京市煤改電改革已實行多年。國網北京電力公司為中心城區的煤改電工程做了大量而細致的工作，并且初見成效。北京市中心城區既是胡同文化的代表，更是煤改電項目的集中改造區。以東城區為例，眾多的胡同及大片區域的復雜性為測量勘查工作帶來了難度。常規的測量方法如三角法、導線法、全球定位系統等無法滿足更深度的胡同測量，有時復雜的環境也導致單一的測量方法無法完成既定任務。這就需要依據煤改電的地域類別、各測量方法的適用條件、工程任務所要滿足的精度、工期進度等要素進行綜合考慮，進行差別化測量。

1 煤改電地域的分類

1.1 狹長型

狹長地域表現為單一走向，或長或短的筆直街道，居民生活區及其附屬設施有規律的排列在區域兩側。如史家胡同、干面胡同、柏樹胡同等。

1.2 面域型

面域地類表現為居民生活區以某一點狀區域為核心，成片狀或網狀分布，主干道成條帶或放射型，其大體分布的輪廓為集中的塊狀或面狀，比較集中。如景山地區、地壇地區等。

1.3 分支型

多分支區域表現為以某一主干道為主，向兩側延伸出多條分支，居民區分布較為分散，并與其他街區易發生重疊區域。如西石槽胡同、南灣子胡同等。

2 測量方法的配置優化

2.1 基本方法

常規的測角測邊儀器包括了經緯儀、水準儀，隨著技術的進步和測繪科學的發展，全站儀逐漸成為主導。常用的三角法，符合導線法測量一臺全站儀就可完成。全站儀測量具備操作簡便、工作量小且速度快、精度較高的優勢。但它在使用過程中也易受到氣象條件、通視狀況、地球曲率等外部因素的制約，多次轉站也會造成誤差的累積。全球定位系統（Global Positioning System）是美國研制的新一代衛星導航系統，目前正廣泛應用于測繪、導航等諸多領域，它以高精度、全天候、多功能、易操作、無需通視等特點著稱。特別是RTK(Real -time kinematic)載波相位差分技術，已經成為一種新的常用的測量方法。它是在基準站上安置一臺GPS 接收機，對所有可見衛星進行連續觀測，通過無線傳輸設備將觀測數據實時傳送給用戶觀測站，并得到用戶站的三圍坐標及其精度。RTK 技術作業效率更高，可有效減少傳統測量中的控制點個數和搬站次數，也沒有誤差之間的傳遞和累積。

2.2 測量條件概述

一般的地勢條件下，煤改電作業區域半徑不超過5km 的測區。在北京市中心城區的東城區，其煤改電的作業范圍具體體現為某胡同、某街道或者社區，作業半徑多為1km，少則百米。此種情況下，RTK 技術在完成0.8～2.5km2地形測量或線路測量中，其精度與效率是常規測量無法比擬的。

東城區煤改電作業中，RTK 技術面臨的兩個主要影響因素為數據鏈的傳輸與空視環境。數據鏈信號一般通過藍牙連接，易受高大物體、密林、高層建筑和高頻信號源的干擾。另外，控制點離作業區域較遠時，也會影響數據鏈的傳輸和數據精度。在城市密樓區作業，受對空通視條件的影響，衛星信號被阻擋，幾何精度差，易失鎖。

2.3 配置優化

當控制點分布均勻且數量充足(個數>=3)時，在WGS-84 系統下，采集三個已知坐標的控制點求得布爾莎七參數，使用4個及以上的控制點可得到更多的多余觀測并可計算殘差。此方法可在已知點覆蓋的整體區域內保持RTK測量的精度，衛星幾何精度高，數據穩定。當作業區域內控制點數量不足（1<個數<3）或部分損壞時，RTK 基站可架設在任意點上，兩步法觀測校正。觀測站位置應具有以下條件：（1）15°以上衛星高度角；（2）附近無強干擾源；（3）地勢較高利于電臺的作用距離。用戶如果在茂密樹木、高層建筑、寬闊水面等對電磁傳播影響較大的條件下設站，接收機接受的到的衛星信號將產生畸變，影響差分質量，獲得FIXED 解將十分困難。兩步法實現任意架站單點校正在原理上很簡單，通過修正基站坐標，求得差分改正數。第一步：采用經典的三維方法建立預轉換。將近似的參數調入手簿，在WGS-84坐標系統下，任意假設基站，RTK 流動站采點校正；第二步：RTK 流動站采集匹配的控制點的WGS-84 坐標（至少一個點），將測得的WGS-84 坐標與地方坐標匹配，生成坐標增量文件，可單點修改或以文件坐標形式批量修改成果。單點、兩點、多點校正成果對比如表1。

RTK 流動站接受到的坐標與已知坐標之間存在差距，是因為流動站在定位的過程中沒有接收到有效的差分改正信息，通過“兩步法”轉換得到的結果通過高精度已知點的校正得到了準確的差分改正數，能布設滿足精度的作業控制點。

表1

當兩個控制點間距較遠，互不通視，可通過無定向導線布設圖根控制。其方法如下：如圖1 所示的一條無定向導線，A，B 為兩個已知坐標的高等級控制點，其中A 點坐標（XA，YA），B 點坐標(XB，YB)，α1，α2……αn-1為前進方向的連接角，D1，D2……Dn為各邊長的觀測值，1,2……n-1 為待求的加密點。用Fx和Fy表示橫縱坐標閉合差，用K 表示導線全長相對閉合差。

圖1

由導線坐標方程求得

根據北京市城市測量規范，如果導線全長相對閉合差K 滿足精度要求，平差改正后根據下式計算各加密控制點的坐標：

無定向導線僅有邊長的有效觀測數據，可靠性要比邊角符合導線差，導線點的控制精度會受到制約，但作為布設的施工控制網等級來說，是可以滿足精度要求的。如果測區內已調繪的資料時效較強，僅需修測部分變化的地形地物點，可驗測多個固定點位作小區域平差，依據最小二乘法算相對誤差，不低于規范規定的極限差值可采用其平差成果。

4 結語

根據煤改電作業區域類型的不同，采用不同的測量方法進行差別化配置。

（1）當區域內控制點分布均勻且數量充足(個數>=3)時，三種不同的煤改電作業類型均可采用精度良好的RTK 差分方法、符合導線法布控，三角測量或極坐標法碎步測量。

（2）當區域內控制點數量不足(1<個數<3)或部分損壞時，狹長型地域宜布設無定向導線(導線邊數不得超過6條)。面域型地域宜布設單點控制的差分RTK（至少驗一點或一邊）。多分支型區域宜布設分支導線(每條支導線邊數不超過3 條），極坐標法碎步測量。

（3）當區域內無控制點或已有控制點完全損毀時，布設區域控制時應綜合配置與優化。條件許可時，可采用“兩步法”任意架站RTK 布控(需驗核固定地物)，也可采用自由設站法。當測區內已調繪的資料時效較強時，可驗測多個固定點位作小區域平差（相對誤差不大于1/6000）。如常規方法無法滿足煤改電測繪要求，也鼓勵采用新技術、新方法。